中置式高密度沉淀+超滤工艺优化改造

葛华飞

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海 200092)

0 引言

中置式高密度沉淀池具有结构紧凑合理且简单,占地面积小的特点[1],而“高密度沉淀+超滤”超短型流程,适用于老水厂的提标增量,可在原有“常规斜管沉淀+过滤”工艺池体上改造,具有投资省、工期短、对现状生产影响小的优点[2]。随着居民对生活用水品质要求的提高,更多的老水厂将面临提标改造[3],“高密度沉淀+超滤”组合工艺应用将逐渐增多,相比于常规制水工艺,有许多工艺细节要注意,目前该组合工艺应用不多,相关问题报道少。本文介绍西北某地表水厂“高密度沉淀+超滤”组合工艺优化改造方案,为其他水厂提供借鉴。

1 工艺优化前水厂现状

某水厂日处理规模10万m3/d,原水为水库水,具有低温低浊的特点,采用“中置式高密度沉淀池+浸没式超滤膜”组合处理工艺,集中布置在沉淀膜滤综合池内。

中置式高密度沉淀池分独立2格,每格按功能可分为混合区、机械絮凝区、污泥浓缩区、斜管分离区4个部分。经过混合区、机械絮凝区形成的污泥颗粒,在斜管分离区进行沉淀分离,清水由斜管上方的集水槽收集,进入膜池进水渠,污泥经浓缩后部分由污泥循环泵输送至前端混合池中,回流比为10%,其余污泥经排泥泵排入厂区污泥处理系统。现状在混合池内投加复合混凝剂,因担心膜堵塞,未投加助凝剂。

浸没式膜池分独立2组,每组6格,分2排布置,共12格,每格设膜堆10组,每组膜堆内安装54帘PVC合金膜,单帘膜有效过滤面积35 m2,单组膜堆的膜有效过滤面积为1 890 m2,设计过水通量为20.2 L/(m2·h-1)。设有周期性物理清洗和化学清洗系统,物理清洗包括反冲洗和空气擦洗,将超滤产水反向透过中空纤维膜,同时膜堆底部通过气冲擦洗膜丝表面去除沉积物,水反冲洗强度为60 L/(m2·h-1),气擦洗强度为50 m3/(m2·h-1),每次物理清洗持续约1 min～2 min。化学清洗包括维护性化学清洗和恢复性化学清洗。维护性化学清洗在反冲洗时加入低浓度的次氯酸钠(0.01%)浸泡超滤膜丝,以减缓超滤膜的深层污染,维持超滤系统通量。恢复性化学清洗,采用水泵将滤过水打入膜池,投加酸洗药剂或碱洗药剂,达到清洗液位后,使膜堆在药液中浸泡4 h～6 h,浸泡的同时间隔气擦洗加强清洗效果,先进行碱洗,再进行酸洗。膜池维护性清洗或恢复性清洗后的废液,排放至有效容积340 m3中和池,经中和后,排入厂区雨水系统。

水厂于2012年投产,至2020年已运行8 a,存在下述问题:1)高密度沉淀池出水浊度高,平均3 NTU～5 NTU,与进水浊度相近,偶尔高于进水浊度;2)超滤膜膜丝断裂,膜通量小,跨膜压差高;3)膜池底部存在积泥现象,无法有效地将泥排出,长时间运行后需要人工清淤,管理不便;4)中和池内酸洗废液和碱洗废液混合效果不好,废液pH值不稳定,不达标。

2 中置式高密度沉淀池工艺优化

2.1 搅拌机更换

高效混合、提升絮凝是高密度沉淀池运行的关键要素。每格高密度沉淀池均设有2个混合区和2个絮凝区,每个混合区设有1台混合搅拌机和1台絮凝提升搅拌机。混合区应保证进行恰当、急剧和充分的混合,混合搅拌机搅拌均匀度不应低于95%,絮凝提升搅拌机提升速度不宜过快,提升流量一般按照设计流量的5倍～10倍[4],即1.52 m3/s～3.04 m3/s。

为检验混合均匀度,分别在混合区出水堰不同高度和长度处设6个取样点,检测余铝浓度,实测发现混合搅拌均匀度在76%～91%之间,未达要求。

絮凝提升搅拌机导流筒内外液面高差反映了提升流量,按淹没堰过流量计算,提升流量达设计流量的5倍～10倍时,筒内外水位高差应不小于1 cm～2 cm,实测发现导流筒内外基本没有水位高差,未达要求。

因此,更换混合搅拌机和絮凝提升搅拌机,保证混合均匀度和絮凝提升流量的要求。

2.2 增设回流污泥浓度检测设施

污泥回流的主要目的在于形成高浓度的泥渣层,截除水中非溶解性物质。根据回流污泥浓度调整污泥回流比,适应水质变化。污泥回流浓度与泥位相关,通过泥位的监测可以进行污泥回流比的控制。本工程通过下述方式检测污泥浓度和泥位:1)回流污泥管上增设污泥浓度计;2)池内增设泥位计;3)配置移动式泥位检测设备。采用移动伸缩式吸口泥位检测设备,设自吸泵于移动小车上,吸水管采用卷盘方式,可为固定有标尺的PE软管,末端设重锤,由絮凝区出水导流区向下投入,观察自吸泵出水污泥浓度,确定下方泥位;4)池体侧壁开设采样点,池底以上0.5 m～2.0 m,以0.25 m深为间距,在池体侧壁上设采样孔,以采样浓度判断泥位。

方式1),2)为日常监测数据来源,考虑泥位计仪表常出现数据偏差较大的问题,辅以方式3),4)帮助进一步确定污泥泥位及浓度,适时调节生产。

2.3 增设PAM去除措施

混凝剂与助凝剂投量对高密度沉淀池出水浊度影响较大[5]。为提高反应效果,将复合混凝剂改为PAC,平均投加量5 mg/L,同时增加PAM投加设备,平均投加量0.2 mg/L,PAM固体溶解到0.1%,再稀释到0.02%投加。为防止PAM堵塞超滤膜,在沉淀池至膜池之间的出水连接渠设强力喷射器投加PAC,消除沉淀池出水中剩余的PAM。高密度沉淀池更新改造示意图如图1所示。

3 膜池更新改造

3.1 超滤膜更换

为解决原超滤膜老化、膜丝断裂等问题,更换全部膜堆膜组件,采用高抗拉强度PVDF膜,换膜后膜面积和膜通量保持不变,出水母管等配套系统利旧。

3.2 膜池底部冲洗改造

为解决膜池积泥的问题,新增膜池底部冲洗系统,视积泥情况,定期对膜池底部进行冲洗。冲洗系统主要利用现有反冲洗水泵和管路,从反冲洗管道上接出一根DN300的管道连接到化学清洗主管上,反冲洗水通过现状化学清洗管道进入膜池底部,设置穿孔冲洗管,对膜池底部进行均匀冲洗。冲洗管开孔比约0.2%,孔口流速3.56 m/s,水冲均匀度达96.6%,如图2所示。

4 中和池更新改造

单格膜池有效容积为135 m3(按超过膜丝顶10 cm计),而现状中和池有效容积340 m3,不到单格膜池有效容积的3倍,容积偏小,为避免溢流风险,优化化学清洗程序,并计算实际废水量,另从节约药剂的角度考虑,分析化学清洗药剂复用的可行性。

4.1 废水量计算

恢复性化学清洗由碱洗和酸洗两部分组成,按照先碱洗后酸洗的顺序进行,本次改造化学清洗程序如图3所示。

单格膜池化学清洗药品用量及浓度如表1所示。

表1 化学清洗药剂与浓度一览表

清洗流程为:1)先NaClO碱洗,废水排入中和池,同时加入NaHSO3以还原NaClO。再酸洗,废水排入中和池,再投加NaOH中和多余的HCl,达标后排放。2)再冲洗两遍膜池,废水排入中和池。

过程1)排入中和池的废水量=(1格膜池水量+1 min反洗水量+NaHSO3还原量)+(1格膜池水量+1 min反洗水量+NaOH中和量)=311 m3;过程2)排入中和池的废水量=2×(1格膜池水量)+2 min反洗水量=308 m3,现状中和池有效容积满足要求。

4.2 化学清洗药剂复用分析

考虑化学清洗药剂复用,更改清洗流程,如表2所示。药剂复用,清洗2格膜池用液量如表3所示。

表2 化学清洗药剂重复利用计算表

表3 药剂复用清洗2格膜池用量

对比表1可见,NaClO和HCl用量有所减少,而HCl,NaOH用量没有变化,考虑到药剂复用存在膜污染的可能性,且整个清洗流程较长,自控也较为复杂,故本次改造未采用。

4.3 新增中和池废水循环管

为解决中和池废液混合处理效果差的问题,从中和池现状废水排放泵出口管上接出循环管路,接入中和池进水管,设置切换阀门,在现有中和池pH计和液位计基础上,新增OPR仪,化学清洗废液排入中和池后,投加NaOH,NaHSO3药剂循环至中和池废水达标后排放。

5 结语

水厂自更新改造工程实施至今已运行2 a,高密度沉淀池出水浊度稳定在1 NTU左右,膜池出水浊度稳定在0.1 NTU以下,设计膜通量下,跨膜压差稳定控制在10 m以内,中和池废液均达标排放,顺利实现了改造目标。本工程所采用的技术措施可为国内其他水厂提供借鉴和参考。